Сварка металлов

Для получения сварного шва требуется лазер, который работает либо в непрерывном режиме, либо в режиме повторяющихся импульсов с достаточно высокой частотой повторения.

Взаимосвязь между глубиной и скоростью сварного шва показана на рис. 16.

Рис. 16. Связь между глубиной и скоростью образования сварного шва в различных типах стали, свариваемых при помощи СО₂-лазера непрерывного действия мощностью 375 Вт. (Данные фирмы Photon Sources, Inc.)

Приведенные данные характеризуют сварку различных типов стали в стык в условиях проплавления всей толщины материала. Но даже при очень низких скоростях сварки глубина не превышает около 1 мм для нержавеющей стали и 1,5 мм для углеродистой стали. Соотношение между глубиной проникания h, мощностью лазера Р и скоростью сварки V имеет вид

h = P ^½ V^- ,

где  и  ‑ постоянные, которые зависят от лазерного источника, фокусирующей системы и свариваемых материалов.

Рис. 17. Глубина сварного шва в нержавеющей стали марки 304 в зависимости от мощности СО₂-лазера при различных значениях скорости сварки

Рис. 18. Зависимость глубины сварного шва от скорости сварки

Рис. 19. Связь между глубиной и скоростью образования сварного шва в нержавеющей стали марки 302, получаемого при помощи непрерывного СО₂-лазера мощностью 1500 Вт

Рис. 20. Связь между глубиной и скоростью образования сварного шва в нержавеющей стали марки 304, получаемого при помощи непрерывного лазера на АИГ с неодимом с указанными уровнями мощности

Т а б л и ц а 4.

Промышленные лазеры, пригодные для обработки материалов

Лазер	Длина волны, мкм	Режим работы	Типичная мощность, Вт	ЧСИ, Гц	Длитель-ность импульса, мкс	Области применения
СО2	10,6	Непрерывный	100 —несколько киловатт	—		Сварка швов
СО2	10,6	Повторяющиеся импульсы	100 (в среднем)	100	100	Сварка швов, пробивка отверстий
СО2	10,6	ТЕА	107	До 100	16	Пробивка отверстий, маркировка
АИГ:Nd	1,06	Непрерывный	До 103	—	—	Сварка швов
АИГ:Nd	1,06	Повторяющиеся импульсы с модуляцией добротности и непрерывной накачкой	104 (импульсов) 10 (в среднем)	25000	0,2	Изготовле-ние и подгонка микросхем
АИГ:Nd	1,06	Импульсная накачка	104 (импульсов)	100	1-10	Точечная и шовная сварка, маркировка
Рубин	0,694	Свободное генерирование	105 (импульсов)	Одиночные импульсы	(0,2—5) · 103	Точечная сварка, пробивка одиночных отверстий
Неоди-мовое стекло	1,06	То же	104 (импульсов)	То же	(0,5-10) · 103	То же

Т а б л и ц а 5.

Предел прочности на разрыв высокотемпературных сплавов,

подвергшихся лазерной сварке

Марка сплава	Основной металл	Основные легирующие добавки	Толщина, мм	Прочность сварного соединения, 103 кг/см2	Прочность исходного металла, 103 кг/см2
РК33 РК33	Ni	Fe, Cr, Ti Αl, Со, Мо	1 2	10 10.9	10.3 10.6
С263 С263	Ni	Fe,Mn,Cr,Si	1 2	10,2 9.9	9,9 10.0
N75 N75	Ni	Fe, Сг, Ti Со, Мо	1 2	7,3 7,45	8,2 8,2
М152 М152	Fe	Ni, Cr, Мо	1 2	9.1 8.9	9.3 8.9

Важнейшим достоинством лазерной сварки является малая зона термического влияния. Качество соединений зависит от многих факторов, и прежде всего от типа свариваемых материалов. Так, цинк, алюминий, олово, тантал или вольфрам трудно свариваются в отличие от палладия, золота, платины, малоуглеродистой стали, никеля. Прочность соединения зависит от величины зазора между свариваемыми элементами, зазоры в стыке не должны превышать 0,15h ( h – толщина листа ) , а при сварки внахлест – 0,25h.